JP4940307B2 - 圧力測定グロープラグ - Google Patents

Description

背景技術
本発明は、内燃機関の室内に配置される圧力測定装置に関する。本発明は、特に、空気圧縮型自己着火式の内燃機関の予燃焼室、渦流室又は燃焼室内に配置される圧力測定グロープラグに関する。

ＤＥ１０３４３５２１Ａ１において、ディーゼルエンジンのための圧力測定グロープラグが公知になっている。公知の圧力測定グロープラグは、ディーゼルエンジンのシリンダ内に挿入するためのプラグボディを有している。更に、公知の圧力測定グロープラグは、プラグボディ内に配置されている加熱ロッドとセンサアッセンブリとを有している。センサアッセンブリは、プラグボディと、加熱ロッドに結合している接触管との間においてプリロードをかけられている。この場合、接触管に螺合された緊締エレメントが設けられている。この場合、センサアッセンブリは、一方で緊締エレメントに当接していて、他方でプラグボディに当接している。センサアッセンブリは、シリンダの燃焼室内の圧力の測定のために働く。圧力は加熱ロッドと接触管とを介して伝達される。圧力測定グロープラグの電気的な接続は、ターミナルと内部極とを介して行われる。この場合、ターミナルはねじ山形状において又は差込みターミナルとして形成されていてよい。

ＤＥ１０３４３５２１Ａ１において公知の圧力測定グロープラグは、１つには、圧力測定グロープラグの組付け時に、複数の個別部材を重ねて合わせ、接合し、そして位置固定する必要があるという欠点を有している。従って組付けは比較的手間がかかる。もう１つには、センサアッセンブリが、室から遠く離れた、圧力測定グロープラグの端部に比較的離れて配置されていて、センサアッセンブリの組付けに手間がかかり、且つ摩擦損失等により形成された力分路により、センサアッセンブリによる圧力測定を損ねる、という欠点がある。

ＷＯ２００６／０８９４４６Ａ１において、圧電性の圧力センサのための構成部材を備えたグロープラグが公知になっている。前記構成部材は、ピンを備えた伝達体を有している。この場合、ピンは、グロー電流ワイヤの貫通案内、及び線路のための案内のために中央の案内部を有している。これにより線路は熱的及び電気的にグロー電流ワイヤから絶縁されている。更に、電気的に絶縁されたフィルムが設けられている。フィルムは構成部材の複数の構成要素を外側で取り囲み、機械的に結びつける。

ＷＯ２００６／０８９４４６Ａ１において公知のグロープラグは、変化する圧力の測定時に、圧力測定の正確性を悪化させる比較的大きなヒステレシスが発生するという欠点を有している。

発明の開示
請求項１の特徴を備えた本発明に係る圧力測定装置は、圧力測定グロープラグの組付けが簡略化され、圧力測定時の高められた正確性を達成可能である、という利点を有している。

本発明に係る圧力測定装置は、内燃機関の室内に配置される圧力測定装置、特に、空気圧縮型自己着火式内燃機関のための圧力測定グロープラグであって、ケーシングを備え、該ケーシングから少なくとも部分的に突出している力伝達エレメントを備え、ケーシングの内室に配置されている圧力センサを備えており、該圧力センサは、一方では固定エレメントに少なくとも間接的に支持されており、圧力センサは、他方では室内を占めている圧力を検出するために、力伝達エレメントに少なくとも間接的に作用結合しており、圧力センサは貫通切欠きを有しており、該貫通切欠きを通って電気的な線路が案内されている、内燃機関の室内に配置される圧力測定装置において、位置固定エレメントが設けられており、該位置固定エレメントが案内領域に貫通切欠きを有しており、電気的な線路が貫通切欠きを通って案内されており、位置固定エレメントが、少なくとも案内領域に減じられた厚さを有していることを特徴とする。

従属請求項に記載された手段により、請求項１に記載の圧力測定装置の有利な改良形が可能である。

即ち好ましくは、位置固定エレメントが貫通切欠きの領域に少なくとも１つの狭幅部を有している。

好ましくは、位置固定エレメントが貫通切欠きの領域に少なくとも１つの円錐形の案内区分を有している。

好ましくは、電気的な線路が少なくとも１つの螺旋区分を有しており、該螺旋区分が位置固定エレメントに対して力伝達エレメントの側に配置されている。

好ましくは、圧力センサと位置固定エレメントとを有する圧力測定モジュールが設けられており、圧力センサが位置固定エレメントを介して固定エレメントに支持されている。

好ましくは、位置固定エレメントが外側の力伝達領域に環状のつばを有している。

好ましくは、位置固定エレメントが少なくとも１つの他の貫通切欠きを有しており、少なくとも１つの測定線路が、室から遠く離れた端部から圧力センサへと他の貫通切欠きを通って案内されている。

好ましくは、位置固定エレメントが少なくとも１つの中央の、好ましくは円筒状の切欠きを有している。

好ましくは、位置固定エレメントが少なくともほぼディスク状の位置固定エレメントとして構成されている。

好ましくは、位置固定エレメントの貫通切欠きが貫通孔として形成されている。

好ましくは、位置固定エレメントが少なくとも酸化アルミニウムから形成されている。

位置固定エレメントが貫通切欠きの領域に少なくとも１つの狭幅部を有していることは有利である。貫通切欠きの狭幅部により、位置固定エレメントは案内領域に減じられた厚さを有している。その結果、電気的な線路、特にグロー電流線路と、案内領域における貫通切欠きとの間の摩擦面が減じられている。これにより、圧力検出時にヒステレシスに繋がることがある摩擦損失は減じられている。

位置固定エレメントは貫通切欠きの領域に円錐状の案内区分を有している。この場合、位置固定エレメントの貫通切欠きの両側に設けられている、２つの円錐状の案内区分を設けることができる。円錐状の案内区分により、１つには、電気的な線路と貫通切欠きとの間に減じられた摩擦をもたらす狭幅部を構成できる。もう１つには、円錐状の案内区分により組付けを簡略化することができる。なぜならば電気的な線路が狭幅部に対して、いわゆる挿通することができるからである。

電気的な線路は、力伝達エレメント、又は力伝達エレメントに結合されている別のエレメントに結合されていてよい。例えば、グロー電流線路は力伝達エレメントとして働く加熱体に結合することができる。圧力により室内に形成された力は加熱体を介して伝達されると、この場合、グロー電流線路はこの運動に対して一定に抵抗することができる。この抵抗を減じるために、電気的な線路、特にグロー電流線路は、螺旋区分を有していることは有利である。螺旋区分は、位置固定エレメントに対して力伝達エレメントの側に配置されている。螺旋区分は、電気的な線路の一定のフレキシビリティを可能にし、その結果、力伝達エレメントの運動に降伏する。更に、螺旋区分の上記構成は、電気的な線路の運動を案内区分の領域において減じるので、発生する摩擦力も減じられている。従って、圧力測定は更に改良することができる。

圧力センサと位置固定エレメントとを有する圧力測定モジュールが設けられていること、及び圧力センサが位置固定エレメントによって固定エレメントに支持されていることは有利である。これにより、圧力測定装置のコンパクトな構成がもたらされる。この場合、電気的な線路の位置固定は圧力測定モジュールの組付けにより保証されている。このことは圧力測定装置の組付けを簡略にする。

有利には、位置固定エレメントは外側の力伝達エレメントに環状のつばを有している。中央の領域において位置固定エレメントは、有利には、減じられた厚さを有している。従って、比較的大きな力が位置固定エレメントに作用する領域に、位置固定エレメントの比較的高い安定性を保証することができ、これに対して、電気的な線路の位置固定のために、一般的に半径方向で作用する力が吸収されるように、中央の領域において厚さは選択されている。

有利には、位置固定エレメントは、位置固定エレメントを通る測定線路の貫通案内のために働く別の貫通切欠きを有している。測定線路は、圧力測定装置の、室から遠く離れた端部から、力伝達エレメントに比較的近く位置固定されている圧力センサに他の貫通切欠きを通って案内することができる。有利には、位置固定エレメントは、ほぼ中央の、好ましくは円筒状の切欠きを有している。本構成により、位置固定エレメントの外側の領域につばを形成することもできる。円筒状の切欠きは組付け工具の係合を可能にすることができる。この場合、組付け補助手段を設けることができる。組付け補助手段はスリーブ状に形成されていて、位置固定エレメント及び圧力測定モジュールの他のエレメント、特に圧力センサを取り囲む。この場合、円筒状の切欠き内に係合する組付け工具は、圧力測定グロープラグのケーシング内へ圧力測定モジュールを収納するために働くことができる。収納後に、圧力測定モジュールの一定のプリロードが可能である。次いで、プリロードがかけられている状態で、組付け補助手段を取り外すことができる。この場合、圧力測定モジュールのエレメントのセンタリングが保証されている。続いて固定エレメントを組付けることができ、センサケージ等に、例えば溶接により結合することができる。この場合、圧力モジュールのエレメントのプリロードは、この結合により保証されているので、円筒状の切欠き内に係合している組付け工具を取り外すことができる。従って圧力測定装置の組付けを簡略化することができる。この場合、予構成群としての圧力測定モジュールの前組付けは必要ではない。

有利には、位置固定エレメントはほぼディスク形の位置固定エレメントとして構成されている。この場合、貫通切欠きは貫通孔として構成されていてもよい。このことは、位置固定エレメントの廉価な製造を可能にしている、という利点を有している。更に、比較的大きな圧力耐性がもたらされる。

有利には、位置固定エレメントは、酸化アルミニウム、特にＡｌ_２Ｏ_３から形成されている。この場合、酸化アルミニウムに添加剤が混入されていてもよい。高い電気的な絶縁抵抗を保証するために、酸化アルミニウムの高い純度が特に有利である。有利には、例えば少なくとも９６％、特に少なくとも９９パーセントの純度である。

本発明の有利な実施の形態を、対応する構成部材には同じ符号を使用した添付の図面に基づき、以下に詳細に説明する。

本発明に係る圧力測定装置の実施の形態を示した概略的な断面図である。 図１に記載の圧力測定装置を交線ＩＩに沿って断面した図である。

発明の実施の形態
図１には、圧力測定装置１の第１の実施の形態を軸線方向で断面した図が示されている。この場合、圧力測定装置１は、空気圧縮型自己着火式内燃機関のための圧力測定グロープラグ１として構成されている。圧力測定グロープラグ１の棒状の加熱エレメント２は、予燃焼室式エンジン及び渦流室式エンジンでは、内燃機関の室内に突入しており、直接噴射式のエンジンでは、エンジンの燃焼室内に突入している。しかしながら、本発明に係る圧力測定グロープラグ１は、別の使用事例にも適している。例えば、圧力測定装置１は、混合気圧縮型火花着火式内燃機関のための圧力測定グロープラグとして構成されていてもよい。

圧力測定グロープラグ１はシール円錐部４を備えたケーシング３を有している。棒状の加熱エレメント２は、室側の開口５を通って部分的にケーシング３から突出している。更に、棒状の加熱エレメント２に結合されていて、加熱エレメント２を部分的に取り囲んでいる力伝達エレメント６が設けられている。力伝達エレメント６は室側の開口５を通って部分的にケーシング３から突出している。棒状の加熱エレメント２はグロー電流線路７として形成されている電気的な線路７に結合されている。この場合、グロー電流線路７は室から遠く離れた、ケーシング３の端部８からケーシング３の内室を通って、棒状の加熱エレメント２まで延びている。

棒状の加熱エレメント２はグロー先端部９を有している。グロー先端部９は力伝達エレメント６を越えて突出している。力伝達エレメント６は略示された金属ダイアフラム１０によりセンサケージ１６に結合されている。この場合、センサケージ１６を介する力伝達エレメント６とケーシング３との間における力分路を減じるために、金属ダイアフラム１０は弾性的に構成されている。

本実施の形態において、センサケージ１６は、ケーシング３の内側に配置されている圧力測定モジュール１５の部材である。更にセンサケージ１６は、センサケージ１６に、例えば溶接シームにより結合されている固定エレメント１７と、力伝達エレメント６に当接しているスペースエレメント１８と、スペースエレメント１８に当接している補償エレメント１９と、固定エレメント１７に支持されている位置固定エレメント２０と、接触板片２１，２２と、接触板片２１，２２の間に配置されている圧力センサ２３とを囲んでいる。この場合、圧力センサ２３は位置固定エレメント２０を介して固定エレメント１７に支持されている。更に圧力センサ２３は剛性な補償エレメント１９とスペースエレメント１８とを介して、力伝達エレメント６に作用結合（Ｗｉｒｋｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）している。

圧力センサ２３がケーシング３の内側に配置されているので、圧力センサ２３の確実な保護が保証されている。この場合、圧力センサ２３は一方では、位置固定エレメント２０を介して固定エレメント１７に支持されている。圧力センサ２３は他方では、剛性な補償エレメント１９とスペースエレメント１８とを介して力伝達エレメント６に作用結合しているので、室内を占めている圧力が検出される。室内の圧力は、グロー先端部９に作用する力２４を形成する。力２４は棒状の加熱エレメント２を介して力伝達エレメント６に伝達される。力２４の量に基づき、適切な力が圧力センサ２３にもたらされる。

接触板片２１，２２は電気的な測定線路２５に結合されている。電気的な測定線路２５を介して圧力センサ２３に負荷がかかった際に形成された測定負荷が、適切な評価回路に案内可能である。圧力センサ２３は、例えば圧電性の材料から成り得る。圧力センサ２３は、貫通している切欠き２６を有している。貫通切欠き２６は接触板片２１，２２への測定線路２５の接続を可能にする。更に、貫通切欠き２６は、圧力センサ２３を通ってのグロー電流線路７の貫通案内を可能にする。更に、剛性な補償エレメント１９は貫通している切欠き２７を有している。更に、スペースエレメント１８は貫通している切欠き２８を有している、スペースエレメント１８も剛性な補償エレメント１９も、それぞれスリーブ状に構成されている。剛性な補償エレメント１９の切欠き２７と、スペースエレメント１８の切欠き２８により、グロー電流線路７が室から遠く離れた、ケーシング３の端部８から、剛性な補償エレメント１９とスペースエレメント１８とを通って、棒状の加熱エレメント２に案内されている。補償エレメント１９とスペースエレメント１８とのスリーブ状の構成により、位置固定エレメント２０と棒状の加熱エレメント２との間におけるグロー電流線路７の螺旋区分２９の構成が可能になる。螺旋区分２９ではグロー電流線路７が１つ又は複数の巻条を有していてよい。この場合、約１〜約３つの巻条が特に有利である。螺旋区分２９により、グロー電流線路７の一定の弾性が達成され、その結果、棒状の加熱エレメント２、ひいては力伝達エレメント６の移動運動に対するグロー電流線路７の機械的な抵抗は減じられている。

位置固定エレメント２０が案内領域３０に貫通している切欠き３１を有している。貫グロー電流線路７は、室から遠く離れた端部８から棒状の加熱エレメント２へと通切欠き３１を通って案内されている。この場合、案内区分３０はケーシング３の内側におけるグロー電流線路７の半径方向の位置固定を保証するので、比較的高い耐振動性が保証されている。更に位置固定エレメント２０は電気的に絶縁された材料、例えば酸化アルミニウムから形成されていて、その結果、グロー電流線路７とケーシング３との間の短絡は防がれている。この場合、位置固定エレメント２０を介してのグロー電流線路７の位置固定により、グロー電流線路７と、圧力測定グロープラグ１、特に圧力測定モジュール１５の、導電性に構成することができる他のエレメントとの間の接触は防がれる。もちろん室から遠く離れた端部８の領域に、グロー電流線路７を固定するために、同様に電気絶縁性に構成されている他のエレメントが設けられていてよい。

位置固定エレメント２０は円筒状の切欠き３２を有している。円筒状の切欠き３２は位置固定エレメントの、圧力センサ２３と、剛性な補償エレメント１９と、スペースエレメント１８と一緒の有利な組付けを可能にする。このために位置固定エレメント２０の円筒状の切欠き３２内に組付け工具が係合できる。その際、位置固定エレメント２０、接触板片２１，２２を備えた圧力センサ２３、補償エレメント１９及びスペースエレメント１８は、スリーブ状の組付け補助手段によって取り囲まれている。この場合、スリーブ状の組付け補助手段は個別の部材の相対的な位置固定を保証する。この場合、圧力センサ２３のプリロードは、組付け工具によってケーシング３への組込み後に達成することができる。次いでスリーブ状の組付け補助手段は取り外され、その結果、スリーブ状のエアギャップ３９はセンサケージ１６の内側に残されたままである。次いで、例えば溶接によりセンサケージ１６に結合される固定エレメント１７を介した固定が行われる。その後、円筒状の切欠き３２内に係合している組付け補助手段を取り外すことができる。従って環状ギャップ３９によりセンサケージ１６に対する接触は防がれている。ケーシング３に残されている組付けシート又は電気的に絶縁されたシート等は必要ではない。組付けシート又は電気的に絶縁されたシートを介して、センサケージ１６との部分的な接触が起こる場合がある。特に、センサケージ１６とシートとの部分的な接触の際に生じる摩擦損失は防がれている。

円筒状の切欠き３２は、有利には、外側の力伝達領域３３において位置固定エレメント２０の十分な安定性が保証されているように構成されている。その結果、圧力測定時に発生する力は固定エレメント１７に伝達される。特に、外側の力伝達領域３３における位置固定エレメント２０の残されているつば３４は、比較的大面の支持が固定エレメント１７において可能にされているように形成されている。更に、円筒状の切欠き３２により、案内領域３０における厚さ３５′は、つば３４の領域において位置固定エレメントが有している厚さ３５に比べて減じられている。更に、位置固定エレメント２０は、貫通切欠き３１の円錐状の案内区分３７と、円錐状の案内区分３８との間に形成されている狭幅部３６を有している。従って、狭幅部３６の領域において位置固定エレメント２０は、更に減じられた厚さ３５″を有している。円錐状の案内区分３７，３８は、この場合、両側で位置固定エレメント２０に設けられている。更に、円錐状の案内区分３７，３８により、位置固定エレメント２０の組付けは簡単になる。なぜならばグロー電流線路７は、貫通切欠き３１を通って比較的簡単に案内することができるからである。

圧力測定装置１の運転中に、グロー電流線路７と貫通切欠き３１との間の接触面は、一般的には、狭幅部３６の大きさにより制限されている。極端な事例では、狭幅部３６はほぼ線形の接触面を予め規定できる。当然、案内領域３０における貫通切欠き３１の狭幅部３６の領域における位置固定エレメント２０の厚さ３５″は、グロー電流線路７の確実な位置固定のために、十分に機械的な安定性が保証されている程度に大きく選択されている。

従って、グロー電流線路７と、センタリングディスクとして構成できる位置固定エレメント２０との間の接触面を減じるために、案内領域３０における位置固定エレメント２０の厚さ３５″は、耐疲労性の構成部材設計がなお保証されている程度に減じられる。これにより案内領域３０におけるグロー電流線路７の摩擦は最小にされるので、ほぼヒステレシスの発生しない線路案内が達成されている。貫通切欠き３１の形状及び寸法は、貫通切欠き３１の横断面が、グロー電流線路７の線路貫通案内にとって必要であるよりも大きくないように形成することができる。このことは１つには、より高い構成部材剛性に貢献し、もう１つにはこれによりグロー電流線路７の横方向振動の振動が制限され、その結果、グロー電流線路７の高められた耐振動性が達成されている。この場合、組付けは、特に円錐状の案内区分３８により保証されている。

有利には、貫通切欠き３１は貫通孔により形成されている。貫通孔は両側で傾斜されている。貫通切欠き３１の別の構成も当然考慮可能である。案内区分３７，３８を丸味付け部等により特別に構成することもできる。更に、位置固定エレメント２０は、有利には、少なくともほぼディスク状に形成されている。これにより圧力測定モジュール１５の全長を減じることができる。更に、スペースエレメント１８の長さは、螺旋区分２９が圧力センサ２３と、棒状の加熱エレメント２との間に配置できるように最適化されている。

図２には、図１記載の圧力測定装置１の交線ＩＩに沿った断面図が示されている。位置固定エレメント２０は、他の貫通している切欠き４５，４６を有している。貫通切欠き４５，４６を通って、電気的な測定線路２５がケーシング３の、室から遠く離れた端部８から接触板片２１，２２に案内されている。この場合、貫通切欠き４５，４６は、電気的な測定線路２５に対する一定の相対回動不能を保証する。この場合、貫通切欠き３１，４５，４６の間の位置固定エレメント２０の残留材料は、位置固定エレメント２０の十分な安定性が保証されている程度に大きく選択されている。この場合、位置固定エレメント２０の、グロー電流線路７の貫通案内のために働く貫通切欠きの位置は、センタリングされた位置から、図２に示してあるように多少移動させられていてもよい。この場合、グロー電流線路７はほぼ同軸的にケーシング３を通って案内されている。

記載の実施の形態の利点は、圧力測定モジュールにおける力経路の長さが短縮化されている、ということである。従って、圧力センサ２３は比較的にシール円錐体４の近くに配置することができる。シール円錐体４では、内燃機関との接触により比較的低温が支配している。更に、圧力測定モジュールの固有周波数が高められているので、測定信号の信号周波数は改良されている。

本発明は、記載の実施の形態に限定されてはいない。特に、位置固定エレメント２０はディスク形に構成されていてもよく、この場合、円筒状の切欠き３２は省略される。

Claims (9)

1. 内燃機関の室内に配置される、空気圧縮型自己着火式内燃機関のための圧力測定グロープラグであって、ケーシング（３）を備え、該ケーシング（３）から部分的に突出している力伝達エレメント（６）を備え、ケーシング（３）の内室に配置されている圧力センサ（２３）を備えており、該圧力センサ（２３）は、一方では固定エレメント（１７）に間接的に支持されており、圧力センサ（２３）は、他方では室内を占めている圧力を検出するために、力伝達エレメント（６）に間接的に作用結合しており、圧力センサ（２３）は貫通切欠き（２６）を有しており、該貫通切欠き（２６）を通ってグロー電流線路（７）が案内されており、圧力センサ（２３）は位置固定エレメント（２０）を介して固定エレメント（１７）に支持されており、位置固定エレメント（２０）が案内領域（３０）に貫通切欠き（３１）を有しており、グロー電流線路（７）が貫通切欠き（３１）を通って案内されている、内燃機関の室内に配置される圧力測定グロープラグにおいて、
   位置固定エレメント（２０）は少なくとも１つの中央の円筒状の切欠き（３２）を有しており、位置固定エレメント（２０）の外側の力伝達領域（３３）に、位置固定エレメント（２０）を固定エレメント（１７）において支持する環状のつば（３４）を有していて、位置固定エレメント（２０）の少なくとも案内領域（３０）における厚さ（３５′，３５″）は、つば（３４）の領域における厚さ（３５）に比べて減じられていることを特徴とする、内燃機関の室内に配置される圧力測定グロープラグ。
2. 位置固定エレメント（２０）が貫通切欠き（３１）の領域に少なくとも１つの狭幅部（３６）を有している、請求項１記載の圧力測定グロープラグ。
3. 位置固定エレメント（２０）が貫通切欠き（３１）の領域に少なくとも１つの円錐形の案内区分（３７，３８）を有している、請求項１又は２記載の圧力測定グロープラグ。
4. グロー電流線路（７）が少なくとも１つの螺旋区分（２９）を有しており、該螺旋区分（２９）が位置固定エレメント（２０）に対して力伝達エレメント（６）の側に配置されている、請求項１記載の圧力測定グロープラグ。
5. 圧力センサ（２３）と位置固定エレメント（２０）とを有する圧力測定モジュール（１５）が設けられている、請求項１から４までのいずれか一項記載の圧力測定グロープラグ。
6. 位置固定エレメント（２０）が少なくとも１つの他の貫通切欠き（４５，４６）を有しており、少なくとも１つの測定線路（２５）が、室から遠く離れた端部（８）から圧力センサ（２３）へと他の貫通切欠き（４５，４６）を通って案内されている、請求項５記載の圧力測定グロープラグ。
7. 位置固定エレメント（２０）がディスク状の位置固定エレメント（２０）として構成されている、請求項１から６までのいずれか一項記載の圧力測定グロープラグ。
8. 位置固定エレメント（２０）の貫通切欠き（３１）が貫通孔として形成されている、請求項１から７までのいずれか一項記載の圧力測定グロープラグ。
9. 位置固定エレメント（２０）が酸化アルミニウムから形成されている、請求項１から８までのいずれか一項記載の圧力測定グロープラグ。

Images